ప్రోటీన్ బిందువులు బయటివైపు నుంచి వ్యాధితో సంబంధం ఉన్న ఫైబర్లను పెంచవచ్చు

ప్రోటీన్ కండెన్సేట్లను సాధారణంగా కణాల లోపల ఉండే చిన్న బిందువులుగా వర్ణిస్తారు: నీటిలో తేలియాడే ద్రవ నూనె బిందువుల్లా ప్రవర్తించగల సాంద్రీకృత ప్రోటీన్ సమూహాలు. కాలక్రమంలో మారగల వాటి సామర్థ్యం పట్ల ఆసక్తి పెరుగుతోంది, ఎందుకంటే అల్జీమర్స్ వ్యాధి, ALS సహా పలు రుగ్మతలతో సంబంధం ఉన్న కొన్ని ప్రోటీన్లు అమైలాయిడ్ ఫైబర్లను కూడా ఏర్పరచగలవు.

ఆ మార్పు గురించి ఉన్న సాధారణ అంచనాను సవాలు చేసే ఒక విధానానికి ఆధారాలను లైడెన్ విశ్వవిద్యాలయ పరిశోధకులు ఇప్పుడు నివేదించారు. వృద్ధి చెందుతున్న ప్రోటీన్ బిందువులను గమనించిన ప్రయోగాల్లో, ఫైబర్లు బిందువుల ప్రొటీన్లతో నిండిన లోపలి భాగాల నుంచి కాకుండా, వాటి ఉపరితలాల నుంచి పెరిగి బయటికి విస్తరించాయని బృందం కనుగొంది. అదే సమయంలో బిందువులు చిన్నవిగా మారి మరింత గాజు-సదృశంగా అయ్యాయి.

Nature Physicsలో ప్రచురితమైన ఈ అధ్యయనం న్యూరోడిజెనరేటివ్ వ్యాధికి ప్రత్యక్ష కారణాన్ని నిరూపించదు. అయితే, ద్రవంలాంటి ప్రోటీన్ కండెన్సేట్లు వ్యాధికి సంబంధించిన ప్రోటీన్లతో అనుసంధానమైన తంతువుల నిర్మాణాలను ఎలా అభివృద్ధి చేసుకోవచ్చో అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది కొత్త భౌతిక నమూనాను అందిస్తుంది.

మూడు పరిమాణాల్లో బిందువుల వృద్ధాప్యాన్ని గమనించడం

డాక్టరల్ అభ్యర్థి లిరు ఫెంగ్, అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్ లూయిస్ జావెర్త్ నేతృత్వంలో కొంత భాగంగా పనిచేసిన లైడెన్ బృందం ఒక ప్రాథమిక ప్రశ్నకు సమాధానం కనుగొనాలని ప్రయత్నించింది: ప్రోటీన్ బిందువులు వయసు పెరిగే కొద్దీ ఏమవుతుంది? వారి ప్రయోగాల్లోని బిందువులు సుమారు 5 మైక్రోమీటర్ల వెడల్పు కలిగి ఉన్నాయి; ఇది మానవ జుట్టు వెడల్పులో దాదాపు పదో వంతు.

కాన్ఫోకల్ మైక్రోస్కోపీని ఉపయోగించి పరిశోధకులు నమూనాలను 12 గంటలపాటు మూడు పరిమాణాల్లో పర్యవేక్షించారు. దీనివల్ల ప్రారంభంలో ద్రవంలా ఉన్న బిందువులకు కలిగే రెండు సాధ్యమైన ఘన ఫలితాలను—గాజు-సదృశ స్థితి, ఫైబర్ స్థితి—వారు దృశ్యీకరించి పరిమాణీకరించగలిగారు.

ఫలితం ఊహించని విధంగా వచ్చింది. ప్రోటీన్లు అత్యధికంగా సాంద్రీకృతమైన లోపలి భాగంలో ఫైబర్లు కనిపిస్తాయని సాధారణంగా అనుకోవచ్చు. కానీ గమనించిన ఫైబర్లు బిందువు సరిహద్దు వద్ద ప్రారంభమై, దాని నుంచి బయటికి ప్రొజెక్ట్ అయ్యాయి.

ఈ తేడా ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే ఇది కండెన్సేట్ ఉపరితలాన్ని దాని వృద్ధాప్య ప్రక్రియలో క్రియాశీల ప్రాంతంగా పునర్నిర్వచిస్తుంది. పరిశోధకుల వివరణ ప్రకారం, ఫైబర్ పెరుగుదల మరియు గాజు ఏర్పడటం ఒకే సంఘటనకు రెండు వర్ణనలు మాత్రమే కావు. బిందువులు మారగల రెండు పోటీ మార్గాలు అవి.

ఫైబర్లకు ఉపరితల ఆధారిత మార్గం

కండెన్సేట్లు జీవశాస్త్రం, భౌతిక శాస్త్రాల్లో ఒక అసాధారణ మధ్యస్థితిని ఆక్రమించగలవు. అవి ప్రవహించి కలిసిపోయేంత ద్రవంలా ఉంటాయి, కానీ కాలక్రమంలో ఘనంలా కూడా మారవచ్చు. వాటి రూపాంతరం క్రమరహిత, గాజు-సదృశ పదార్థాన్ని లేదా మరింత వ్యవస్థీకృత ఫైబర్ నిర్మాణాలను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు.

కొత్త పరిశీలనలు ఆ స్థితులను ఒక నిర్దిష్ట క్రమంలో అనుసంధానిస్తున్నాయి. బిందువు నుంచి ఫైబర్లు బయటికి పెరిగేకొద్దీ, బిందువు తానే చిన్నదిగా మారి క్రమంగా మరింత గాజు-సదృశంగా మారింది. బాహ్య ఫైబర్ల సృష్టి బిందువులోని పదార్థాన్ని వినియోగించుకుంటూ, మిగిలిన పదార్థం యొక్క భౌతిక స్థితిని మార్చవచ్చని ఇది సూచిస్తుంది.

కాబట్టి ఈ అధ్యయనం యొక్క ప్రధాన సహకారం ఒక వ్యాధి విధానం గురించిన వాదన కంటే, ఈ తరగతి ప్రోటీన్ వ్యవస్థల్లో ఫైబర్ పెరుగుదలకు ప్రతిపాదించిన కొత్త నమూనా. కాలక్రమంలో ఆ ప్రక్రియను కనిపించేలా చేయడానికి పరిశోధక బృందం ప్రత్యక్ష ఇమేజింగ్‌ను పరిమాణీకరణ, మోడలింగ్‌తో కలిపింది.

ప్రోటీన్ల సూక్ష్మ స్థితిని ఒక చివరి దశ చిత్రంతో అంచనా వేయడం కష్టమైన రంగంలో ఈ విధానం ముఖ్యమైనది. ఒకే చిత్రం ఫైబర్లు, బిందువులను కలిసి చూపవచ్చు; కానీ సమయానుసార ప్రయోగం ఫైబర్లు బిందువు లోపల ఏర్పడ్డాయా, దాని అంచున ఏర్పడ్డాయా లేదా పూర్తిగా వేరే మార్గంలో ఏర్పడ్డాయా అనేది వెల్లడించగలదు.

ఈ కనుగొనుగోలు ఎందుకు ముఖ్యమైనది

అల్జీమర్స్ వ్యాధి, ALS వంటి న్యూరోడిజెనరేటివ్ పరిస్థితులతో ప్రోటీన్ ఫైబర్ ఏర్పాటుకు సంబంధం ఉందని శాస్త్రవేత్తలకు సుమారు ఒక దశాబ్దంగా తెలుసు. అయినప్పటికీ, ద్రవంలాంటి కండెన్సేట్లు, ఫైబర్ల మధ్య భౌతిక సంబంధం ఇంకా పరిష్కరించని ప్రశ్నగానే ఉంది.

లైడెన్ కనుగొన్న విషయాలు ఆ ప్రశ్నను మరింత నిర్దిష్టం చేస్తున్నాయి. కనీసం అధ్యయనం చేసిన వ్యవస్థలో, ప్రోటీన్ సమృద్ధిగా ఉన్న బిందువు మరియు దాని పరిసరాల మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్ ఫైబర్లు ఎక్కడి నుంచి ప్రారంభమవుతాయో నిర్ణయించగలదని అవి సూచిస్తున్నాయి. కండెన్సేట్లు ఎలా వృద్ధాప్యం చెందుతాయి, ఏ పరిస్థితులు గాజు ఏర్పాటును ప్రోత్సహిస్తాయి, ఏ పరిస్థితులు బయటికి ఫైబర్ పెరుగుదలను ప్రోత్సహిస్తాయి అనే విషయాలపై భవిష్యత్ ప్రయోగాలకు ఈ పరిశీలన మార్గనిర్దేశం చేయవచ్చు.

ప్రోటీన్ పదార్థం ప్రవర్తనను సాంద్రత ఒక్కటే వివరించలేదని కూడా ఇది చూపిస్తుంది. బిందువు లోపల ప్రోటీన్ సాంద్రత ఎక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, ఫైబర్లు అక్కడ ప్రారంభం కాలేదని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు. బిందువు మొత్తం భాగానికి భిన్నమైన లక్షణాలు సరిహద్దుకు ఉన్నట్లు కనిపిస్తోంది.

వ్యాధి పరిశోధనకు దీని ఆచరణాత్మక విలువ, జీవశాస్త్రపరంగా మరింత సంక్లిష్టమైన వ్యవస్థల్లో కూడా ఇలాంటి ఉపరితల-ఆధారిత ప్రవర్తన కనిపిస్తుందా అనే దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ ప్రయోగాల్లో బయటికి పెరిగిన ఫైబర్లు న్యూరాన్లలో లేదా రోగుల్లో జరిగే పూర్తి ప్రక్రియను పునరుత్పత్తి చేస్తాయని ప్రస్తుత నివేదిక చెప్పడం లేదు. అయితే, ఆ సంబంధాలను పరిశీలించడానికి ఇది పరీక్షించగల చట్రాన్ని అందిస్తుంది.

ఆశ్చర్యకర పరిశీలన నుంచి పరీక్షించగల నమూనా వరకు

భౌతిక శాస్త్ర దృక్పథం జీవశాస్త్ర సమస్యను ఎలా స్పష్టీకరించగలదో ఈ పరిశోధన చూపిస్తుంది. ప్రోటీన్ కండెన్సేట్లను ద్రవ, గాజు-సదృశ, ఫైబర్ స్థితుల మధ్య మారగల పదార్థాలుగా పరిగణించడం ద్వారా, ఇంతకు ముందు ఊహించని ఒక మార్గాన్ని పరిశోధకులు గుర్తించగలిగారు.

తదుపరి ప్రశ్నలు ఈ వృద్ధాప్య మార్గాల మధ్య పోటీని ఏది నియంత్రిస్తుందనే అంశంపై దృష్టి పెట్టే అవకాశం ఉంది. బాహ్య పరిస్థితులు లేదా అణు లక్షణాలు ఒక బిందువు గాజు-సదృశంగా మారుతుందా, ఫైబర్లను పెంచుతుందా లేదా రెండూ జరుగుతాయా అనేది నిర్ణయిస్తే, వ్యాధితో సంబంధం ఉన్న ప్రోటీన్లు హానికర సముదాయాలను ఏర్పరచే పరిస్థితులను శాస్త్రవేత్తలు మెరుగ్గా మ్యాప్ చేయగలరు.

ప్రస్తుతానికి ప్రధాన కనుగొనుగోలు స్పష్టంగా ఉంది: అమైలాయిడ్-సదృశ ఫైబర్ల పెరుగుదల కండెన్సేట్‌లో ప్రోటీన్ అత్యధికంగా సాంద్రీకృతమైన భాగంలోనే ప్రారంభం కావాల్సిన అవసరం లేదు. లైడెన్ ప్రయోగాల్లో అది ఉపరితలం వద్ద ప్రారంభమై బయటికి కదిలింది; వెనుక మిగిలిన బిందువు చిన్నదిగా, మరింత గాజు-సదృశంగా మారింది.

ఈ కథనం Phys.org రిపోర్టింగ్ ఆధారంగా రూపొందించబడింది. అసలు కథనాన్ని చదవండి.